伺服電機的調試方法及伺服電機的選用選型

　　伺服電動(dòng)機又叫執行電動(dòng)機，或叫控制電動(dòng)機。在自動(dòng)控制系統中，伺服電動(dòng)機是一個(gè)執行元件，它的作用是把信號（控制電壓或相位）變換成機械位移，也就是把接收到的電信號變?yōu)?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/電機">電機的一定轉速或角位移。其容量一般在0.1-100W，常用的是30W以下。伺服電動(dòng)機有直流和交流之分。

　　伺服電機內部的轉子是永磁鐵，驅動(dòng)器控制的U/V/W三相電形成電磁場(chǎng)，轉子在此磁場(chǎng)的作用下轉動(dòng)，同時(shí)電機自帶的編碼器反饋信號給驅動(dòng)器，驅動(dòng)器根據反饋值與目標值進(jìn)行比較，調整轉子轉動(dòng)的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度（線(xiàn)數）。伺服電動(dòng)機在伺服系統中控制機械元件運轉的發(fā)動(dòng)機。是一種補助馬達間接變速裝置。又稱(chēng)執行電動(dòng)機，在自動(dòng)控制系統中，用作執行元件，把所收到的電信號轉換成電動(dòng)機軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動(dòng)機兩大類(lèi)。

　　伺服電機的調試方法

　　1、初始化參數

　　在接線(xiàn)之前，先初始化參數。

　　在控制卡上：選好控制方式；將PID參數清零；讓控制卡上電時(shí)默認使能信號關(guān)閉；將此狀態(tài)保存，確?？刂瓶ㄔ俅紊想姇r(shí)即為此狀態(tài)。

　　在伺服電機上：設置控制方式；設置使能由外部控制；編碼器信號輸出的齒輪比；設置控制信號與電機轉速的比例關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)，建議使伺服工作中的最大設計轉速對應9V的控制電壓。比如，山洋是設置1V電壓對應的轉速，出廠(chǎng)值為500，如果你只準備讓電機在1000轉以下工作，那么，將這個(gè)參數設置為111。

　　2、接線(xiàn)

　　將控制卡斷電，連接控制卡與伺服之間的信號線(xiàn)。以下的線(xiàn)是必須要接的：控制卡的模擬量輸出線(xiàn)、使能信號線(xiàn)、伺服輸出的編碼器信號線(xiàn)。復查接線(xiàn)沒(méi)有錯誤后，電機和控制卡（以及PC）上電。此時(shí)電機應該不動(dòng)，而且可以用外力輕松轉動(dòng)，如果不是這樣，檢查使能信號的設置與接線(xiàn)。用外力轉動(dòng)電機，檢查控制卡是否可以正確檢測到電機位置的變化，否則檢查編碼器信號的接線(xiàn)和設置

　　3、試方向

　　對于一個(gè)閉環(huán)控制系統，如果反饋信號的方向不正確，后果肯定是災難性的。通過(guò)控制卡打開(kāi)伺服的使能信號。這是伺服應該以一個(gè)較低的速度轉動(dòng)，這就是傳說(shuō)中的“零漂”。一般控制卡上都會(huì )有抑制零漂的指令或參數。使用這個(gè)指令或參數，看電機的轉速和方向是否可以通過(guò)這個(gè)指令（參數）控制。如果不能控制，檢查模擬量接線(xiàn)及控制方式的參數設置。確認給出正數，電機正轉，編碼器計數增加；給出負數，電機反轉轉，編碼器計數減小。如果電機帶有負載，行程有限，不要采用這種方式。測試不要給過(guò)大的電壓，建議在1V以下。如果方向不一致，可以修改控制卡或電機上的參數，使其一致。

　　4、抑制零漂

　　在閉環(huán)控制過(guò)程中，零漂的存在會(huì )對控制效果有一定的影響，最好將其抑制住。使用控制卡或伺服上抑制零飄的參數，仔細調整，使電機的轉速趨近于零。由于零漂本身也有一定的隨機性，所以，不必要求電機轉速絕對為零。

　　5、建立閉環(huán)控制

　　再次通過(guò)控制卡將伺服使能信號放開(kāi)，在控制卡上輸入一個(gè)較小的比例增益，至于多大算較小，這只能憑感覺(jué)了，如果實(shí)在不放心，就輸入控制卡能允許的最小值。將控制卡和伺服的使能信號打開(kāi)。這時(shí)，電機應該已經(jīng)能夠按照運動(dòng)指令大致做出動(dòng)作了。

　　6、調整閉環(huán)參數

　　細調控制參數，確保電機按照控制卡的指令運動(dòng)，這是必須要做的工作，而這部分工作，更多的是經(jīng)驗，這里只能從略了。

　　伺服電機的選擇

　　1、傳統的選擇方法

　　這里只考慮電機的動(dòng)力問(wèn)題，對于直線(xiàn)運動(dòng)用速度v（t），加速度a（t）和所需外力F（t）表示，它們均可以表示為時(shí)間的函數，與其他因素無(wú)關(guān)。很顯然，電機的最大功率P電機，最大應大于工作負載所需的峰值功率P峰值，但僅僅如此是不夠的，物理意義上的功率包含扭矩和速度兩部分，但在實(shí)際的傳動(dòng)機構中它們是受限制的。

　　用T峰值表示最大值或者峰值。電機的最大速度決定了減速器減速比的上限，n上限= 峰值，最大/ 峰值，同樣，電機的最大扭矩決定了減速比的下限，n下限=T峰值/T電機，最大，如果n下限大于n上限，選擇的電機是不合適的。反之，則可以通過(guò)對每種電機的廣泛類(lèi)比來(lái)確定上下限之間可行的傳動(dòng)比范圍。只用峰值功率作為選擇電機的原則是不充分的，而且傳動(dòng)比的準確計算非常繁瑣。

　　2、新的選擇方法

　　一種新的選擇原則是將電機特性與負載特性分離開(kāi)，并用圖解的形式表示，這種表示方法使得驅動(dòng)裝置的可行性檢查和不同系統間的比較更方便，另外，還提供了傳動(dòng)比的一個(gè)可能范圍。

　　這種方法的優(yōu)點(diǎn)：適用于各種負載情況；將負載和電機的特性分離開(kāi)；有關(guān)動(dòng)力的各個(gè)參數均可用圖解的形式表示并且適用于各種電機。因此，不再需要用大量的類(lèi)比來(lái)檢查電機是否能夠驅動(dòng)某個(gè)特定的負載在電機和負載之間的傳動(dòng)比會(huì )改變電機提供的動(dòng)力荷載參數。

　　較更方便，另外，還提供了傳動(dòng)比的一個(gè)可能范圍。

　　這種方法的優(yōu)點(diǎn)：適用于各種負載情況；將負載和電機的特性分離開(kāi)；有關(guān)動(dòng)力的各個(gè)參數均可用圖解的形式表示并且適用于各種電機。因此，不再需要用大量的類(lèi)比來(lái)檢查電機是否能夠驅動(dòng)某個(gè)特定的負載在電機和負載之間的傳動(dòng)比會(huì )改變電機提供的動(dòng)力荷載參數。

　　以下將介紹一些伺服電機系統，涉及永磁同步電機以及感應異步電機。

　　一個(gè)伺服系統，不單單是一個(gè)電機。它是一個(gè)閉環(huán)的運動(dòng)系統，包含了控制器、驅動(dòng)器、電儀和反饋裝置，通常一個(gè)還配有一個(gè)光學(xué)或磁編碼器。

　　伺服系統能在采用永磁（permanent magnets ，PM）技術(shù)后同步機械，配以有刷或無(wú)刷PM電機，或在一個(gè)AC感應電機上建立異步機械系統。

　　永磁同步電機 有較高的峰值，以及持續的扭矩，適用于精確位移系統的高加速度和快速減速中的驅動(dòng)伺服系統。扭矩與輸入電流直接呈比例關(guān)系。電機軸速與輸入的電壓相關(guān)。輸入電壓越高，電機的速度就越高。扭矩和速度的比的曲線(xiàn)呈線(xiàn)性的。

　　永磁結構與電機氣隙相關(guān)。如，無(wú)刷PM電機的結構，包含兩個(gè)交互的磁結構，移動(dòng)的轉子（連接著(zhù)永磁）和定子線(xiàn)圈產(chǎn)生電磁反應，從而出現電機的轉矩和速度。

　　三相定子場(chǎng)能順序產(chǎn)生能量，且PM轉子跟隨轉子場(chǎng)一起完成同步運動(dòng)。一個(gè)特定的電子補償系統，用于檢查轉子位置，并為定子線(xiàn)圈加能量。無(wú)刷PM電機，在所有其他的電機中成為精確位移系統的首選，除了汽車(chē)應用以及超大電機系統中。無(wú)刷PM電機是僅有的伺服電機系統，能用于閉環(huán)扭矩、速度或位移系統。

　　不同的轉子

　　AC感應電機擁有PM無(wú)刷電機同樣的物理特性

　　的定子，但它的轉子結構完全不同。鼠籠結構的感應電機包含一系列的感應鋁或銅條，放置在轉子結構中，連接在末端線(xiàn)圈。

　　這些短轉子條與定子的旋轉磁場(chǎng)互有電磁耦合感應，產(chǎn)生一個(gè)新的轉子場(chǎng)，并與定子場(chǎng)相互反應，形成轉子運動(dòng)。

　　在同步的定子和較慢的定子場(chǎng)，與實(shí)際的速度之間有差異。這個(gè)速度的差異就是所謂的滑差。輸入的頻率決定了電機的速度。

　　例如，一個(gè)60 Hz、兩極的AC感應電機，無(wú)負載時(shí)的速度近3，600 rpm，一個(gè)四極AC電機運行速度低于1，800 rpm，根據滑差值的不用而有所不同。當電機開(kāi)始轉矩時(shí)，滑差增加，速度降低。

　　AC感應電機會(huì )輸出更多的轉矩，隨著(zhù)速度的降低，直至負載達到故障點(diǎn)，此時(shí)電機速度會(huì )遽降至零。一個(gè)固有的AC電機性能特點(diǎn)是，起始的轉矩較小，必須在電機起始時(shí)卸去負載。

　　隨著(zhù)20世紀80年底變頻器電子驅動(dòng)的出現，電機特有的轉矩-速度性能曲線(xiàn)，也發(fā)生了很大的改變。變頻器的性能是，同時(shí)改變電壓和頻率，使用可調節或可變化的速度驅動(dòng)，就能重新構建了轉矩-速度曲線(xiàn)，AC感應電機是速度系統的主要環(huán)節。

　　如何使用

　　驅動(dòng)技術(shù)在性能上的持續提高，將無(wú)刷PM和AC感應電機，也帶入了驅動(dòng)市場(chǎng)的競爭，但是無(wú)刷PM電機仍然在控制領(lǐng)域中占主導地位。AC感應電機不適應在低速和高速中使用。

　　在伺服位移系統中使用一個(gè)無(wú)刷PM電機，通常采用50 kW （67 hp）或更高的功率的系統。AC感應電機通常在恒速或變速系統中?；旌系姆桨赶到y比較少見(jiàn)。其他電機也能部分實(shí)現，但是在性能上超過(guò)AC感應電機或無(wú)刷PM電機的方案較少。

　　無(wú)刷PM電機在速度控制中，對1 kW （1.37 hp）的DC有刷電機的速度控制或更小功率的應用市場(chǎng)中造成了一定的沖擊。而AC感應電機則掌控了大部分的大于1MW的應用。